嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺制造技术

本申请公开了一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，主要包括穿孔的阻尼薄膜贫胶预浸料加工、贫胶预浸料及穿孔的阻尼薄膜贫胶预浸料的铺设、预成型、抽真空及注入树脂、扫频震动排气、依照共固化工艺参数固化成型、恢复室温和压力、取出试件等工序。铺设时，先对带阻尼薄膜的贫胶预浸料进行穿孔，将贫胶预浸料及阻尼薄膜按照贫胶预浸料、穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料、贫胶预浸料的顺序铺入模具之中，施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，然后使用扫频震动对整个体系进行激震静置排气，控制工作温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在一定的温度及压力下保持一定时间，完成共固化，制成嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料构件。

Molding process of embedded co cured perforated damping composites

The invention discloses an embedded co cured molding perforated damping composite material production process, including pre perforated film damping poor adhesive prepreg processing, semi prepreg and perforated film damping semi prepreg ply, pre molding, vacuum pumping and injecting resin, sweep vibration, exhaust in accordance with the co curing process parameters of curing and recovery at room temperature and pressure, remove specimens etc.. When laying, first on the poor adhesive film with damping pre dip of perforation, the semi prepreg and damping film according to semi prepreg, perforated with damping film semi prepreg, semi prepreg sequence spread into the mold, pre molding processing pressure resin is injected in the vacuum environment, and then use the sweep frequency vibration of the whole system shock static exhaust control, working temperature and pressure, and the resin film damping maintained at a certain temperature and pressure for a certain period of time to complete the co curing, made of embedded co cured composite perforated damping member.

【技术实现步骤摘要】
嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺
本申请属于结构功能复合材料
，具体涉及一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺。
技术介绍
复合材料由于本身具有很高的比强度和比刚度，使其在航空、航天等高科技领域得到越来越广泛的应用。嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料就是在现有高性能纤维复合材料的基础之上，将阻尼材料嵌入其中，使得这种新材料既保持了原有纤维复合材料的强度和刚度，又使其具有优异的阻尼减振性能，从而赋予该结构其它材料不能兼顾的综合力学性能。但到目前为止，嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的制造成本仍处于较高水平，限制了它进一步应用。究其原因是典型的热压罐法加工嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的工艺较复杂，设备成本较高。因此，目前需要开发一种简便而高效的制作嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的新工艺，对降低该阻尼复合材料的加工成本、提高加工质量及其力学性能、推动其进一步广泛应用有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术中嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料制备困难的问题，本申请的目的是提供一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作新工艺。为了实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，包括以下步骤：首先，按照下部贫胶预浸料(是由多层贫胶预浸料铺设而成)、中间穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料和上部贫胶预浸料(也是由多层贫胶预浸料铺设而成)的整体铺层顺序铺设在模具中；然后，对模具施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，注入树脂完成后，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震处理，在扫频震动时，其各个局部区域的密度不同，震动过程的惯性力不同，里面的气泡就被挤到工件表面而进入真空管，里面的贫胶区也会因为局部惯性力的不同，树脂震动流动的速度不同而充满整个工件内部。最后，按照共固化工艺参数控制加工温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在设定的温度及压力下保持设定时间，完成共固化，即得嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。在本申请中，按照复合材料结构刚度、强度、稳定性、阻尼、疲劳性能要求，合理设计贫胶预浸料的铺层方向、层数、铺层顺序、铺层厚度和穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料的铺设方向、层数、铺层顺序、铺层厚度。一般情况下，所述下部贫胶预浸料和上部贫胶预浸料是由多层贫胶预浸料铺设而成，其中多层是指大于等于2层。在本申请中，预浸料是指树脂基体在一定条件下浸渍连续纤维或织物，制成树脂基体与增强体的组合物，是制造复合材料的中间材料。本申请针对模压法制备嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料时，采用的是贫胶预浸料，所述“贫胶”是指树脂含量低于预浸料中正常的树脂含量。经过试验验证，为了便于预浸料在模具中铺设工序的顺利实施，避免了因正常树脂含量的预浸料厚且密实而难以铺设，或纯纤维材料铺设到复杂模腔时容易移位的问题，从而造成产品质量不合格，本申请经试验将所述贫胶预浸料中的树脂含量设定为15～20％，而且贫胶预浸料所用树脂与导入工艺所用树脂为同一种树脂。否则，对于复杂形状的模腔，难以制成合格质量的产品。并且，意外发现，由于贫胶预浸料所含的树脂含量较少，在未注入树脂前，层间的作用力不是太强，贴合的反而更好，铺层角度与位置在加工过程中不易发生变化，更有利于后续复杂形状复合材料试件在模腔中的树脂注入和压制，从而使最终得到的复合材料构件层间力学性能更加优异。在本申请中，带阻尼薄膜的贫胶预浸料的制作采用刷涂或喷涂法或连续预浸法。具体如下：即将阻尼材料按合适比例溶于有机溶剂中形成阻尼材料溶液，用刷子(或喷枪)或浸润工艺将该溶液刷(或喷)或浸润在单层贫胶预浸料之上，待阻尼材料溶液中的有机溶剂挥发后，就得到带阻尼薄膜的贫胶预浸料；如果将两张刷(或喷)涂好的带有单层阻尼薄膜的贫胶预浸料的阻尼面贴合在一起便得到带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料结构，穿孔之后将其铺设于上、下部贫胶预浸料之中，保证阻尼薄膜的硫化温度和时间与树脂固化温度和时间一致。本申请中，所述阻尼薄膜，由于其本身不具有透气性，故其在模具中将上部贫胶预浸料和下部贫胶预浸料完全阻隔，加上模具预压作用，不利于树脂均匀填满整个模腔。为了增强树脂在贫胶预浸料中的流动性，保证树脂均匀填满整个模腔，采用将阻尼薄膜穿孔的方法，把穿孔后的阻尼薄膜再铺在上、下部贫胶预浸料之间，液体树脂可以通过阻尼层上的孔在上部贫胶预浸料与下部贫胶预浸料之间顺利流动，这样就使得树脂完全浸润整个嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料，使树脂能均匀填满模腔，保证了制得构件的质量。在本申请中，带阻尼薄膜的贫胶预浸料的穿孔由本申请人设计的带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔装置实现的，所述的该穿孔装置，包括基座、气缸、连接件、活动工作台、放置带阻尼薄膜的贫胶预浸料的垫板、带有若干通孔的压料卸料平板、弹簧和穿孔模板，其中：所述气缸设置在基座上，所述活动工作台通过连接件与气缸相连接，气缸能驱动活动工作台作上下方向的移动；所述垫板放置在活动工作台上；所述压料卸料平板设置在垫板和穿孔模板之间，并能相对垫板和穿孔模板作上下方向的移动；所述压料卸料平板与穿孔模板之间设有弹簧，压料卸料平板通过该弹簧相对穿孔模板作上下方向的移动；所述穿孔模板上设有与压料卸料平板上的通孔相配合的穿孔钉，所述穿孔钉为锥柱组合体，即由与穿孔模板相连的圆柱体和设置在圆柱体上的锥形体组合而成。优选的，垫板的材料可以为软木或软塑料或泡沫材料，失效后可以定期更换。将带阻尼薄膜的贫胶预浸料平铺于活动工作台的垫板之上，对带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔，在穿孔时要求带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔不能破坏单层预浸料的纤维，保证带阻尼薄膜的贫胶预浸料性能几乎不被破坏，带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔目的是在树脂导入过程中，使流动的树脂很好地从整个阻尼薄膜的上下穿过，使得树脂完全均匀地浸润整个嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的贫胶预浸料。对于所述穿孔模板，比较优的带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔结构的尺寸是孔布局在正方形的四个角上，孔距为10mm，孔径为2mm；当然带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔结构的尺寸也可以是孔布局在长方形的四个角上，通过变换长方形对角线的方向及其孔距实现整体结构阻尼性能的各向异性；当然也可根据要求设计其它穿孔布局结构的尺寸，得到特定方向要求的阻尼性能和面外力学性能，这主要是由于结构固化后在阻尼薄膜穿孔位置形成了树脂钉作用的结果。在本申请中，注入树脂时，树脂导入管及真空管应关于模具成对称布置，且树脂导入管与真空管的距离应适当地大，以使树脂快速流动，迅速充满模腔，提高效率；对于非对称模具，也应尽量分散布置树脂导入管及真空管，其目的是让模具内树脂流动阻力保持相对一致，从而使树脂的导入更加均匀。由于模具预压的作用和穿孔阻尼薄膜的透气性差，增加了树脂流动阻力，因此在树脂导入工艺完成后，要扫频震动静置。在本申请中，扫频激震时采用激振器进行处理，激振器激震位置施加在模具下表面位于体系重心处，频率从五赫兹到一万赫兹，幅值在0.1-2mm，持续5-8分钟，然后静置3-5分钟，重复上述过程二到五次，让树脂在穿孔阻尼薄膜复合材料预成型体里均匀混合充满整个制品，消除里面的气泡和贫胶区，停止扫频震动，一般穿孔阻尼薄膜嵌入的层数越多，预成型体愈厚，激震器激震和持续与静置时间取大值，反之取小值。在本申请中，贫胶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，其特征是，包括以下步骤：首先，按照下部贫胶预浸料、中间穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料和上部贫胶预浸料的铺层顺序铺设在模具中；然后，对模具施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，注入树脂完成后，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震处理；最后，按照共固化工艺参数控制加工温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在设定的温度及压力下保持设定时间，完成共固化，即得嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料的模压法制作工艺，其特征是，包括以下步骤：首先，按照下部贫胶预浸料、中间穿孔的带阻尼薄膜的贫胶预浸料和上部贫胶预浸料的铺层顺序铺设在模具中；然后，对模具施加压力进行预成型处理，在真空环境下注入树脂，注入树脂完成后，对浸润好树脂的穿孔阻尼薄膜复合材料预成型结构所在体系进行扫频激震处理；最后，按照共固化工艺参数控制加工温度和压力，使树脂及阻尼薄膜在设定的温度及压力下保持设定时间，完成共固化，即得嵌入式共固化穿孔阻尼复合材料。2.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述贫胶预浸料中的树脂含量为15~20%，而且贫胶预浸料所用树脂与导入工艺所用树脂为同一种树脂。3.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述下部贫胶预浸料和上部贫胶预浸料是由多层贫胶预浸料铺设而成。4.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：所述带阻尼薄膜的贫胶预浸料的制作使用刷涂或喷涂法或连续预浸法，即将阻尼材料按合适比例溶于有机溶剂中形成阻尼材料溶液，用刷子（或喷枪）或浸润工艺将该溶液刷（或喷）或浸润在单层贫胶预浸料之上，待阻尼材料溶液中的有机溶剂挥发后，就得到带阻尼薄膜的贫胶预浸料；将两张刷（或喷）涂好的带有单层阻尼薄膜的贫胶预浸料的阻尼面贴合在一起便得到带阻尼薄膜的双面贫胶预浸料的结构。5.如权利要求1所述的制作工艺，其特征是：带阻尼薄膜的贫胶预浸料的穿孔工艺由带阻尼薄膜的贫胶预浸料穿孔装置实现，所述阻尼层穿孔装置，包括基座、气缸、连接件、活动工作台、放置带阻尼薄膜的贫胶预浸料的垫板、带有若干通孔的压料卸料平板、...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁森，杨先锋，古恒，郑长升，
申请(专利权)人：青岛理工大学，
类型：发明
国别省市：山东,37